PROGETTAZIONE AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN LEGNO · 2018. 5. 15. · Master universitario di II°...

Master universitario di II° livello in costruzioni in legno - direttore Prof. Ing. Savoia Marco

PROGETTO DI STRUTTURE IN LEGNO

PROGETTAZIONE AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN LEGNO

Anno Accademico 2017-18 Laurea Magistrale in Ingegneria Civile

Università di Bologna

Corso: Progetto di Strutture in Legno Dott. ing. Luca Pozza [email protected]

mailto:[email protected]


PREMESSA

Strutture in legno e paura del fuoco

L’analisi delle cause di collasso degli edifici in legno dimostra che gli effetti degli attacchi biologici hanno causato nel tempo danni e dissesti strutturali molto più rilevanti di quelli dell’incendio.

Va osservato però che i danni conseguenti un incendio risultano molto più pesanti e devastanti per la possibile perdita di vite umane e il

modo drammatico in cui si manifestano

Immagine ricostruita del grande incendio di Londra 1666


PREMESSA

Strutture in legno - dissesti strutturali e crolli


PREMESSA

Strutture in legno - dissesti strutturali e crolli

Meno del 5% dei crolli in strutture in legno sono imputabili all’incendio


Effetto dell’incendio sulle strutture in legno


INTRODUZIONE

SOMMARIO Introduzione riferimenti normativi e bibliografici

Comportamento al fuoco delle strutture in legno

Richiami normativi e definizioni

Metodo di verifica elementi lignei non protetti elementi lignei protetti connessioni

Note di approfondimento solai collaboranti legno-cls

pitture ignifughe


INTRODUZIONE

Riferimenti bibliografici

CN

R – D

T 20

7

Euro

cod

ice 5 – p

arte 2


NORMATIVA DI RIFERIMENTO SPECIFICA

D.M. 16/02/2007: “Classificazione di resistenza al fuoco di prodotti ed elementi

costruttivi di opere da costruzione”

UNI - VV. F. 9504 (1989): "Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco

degli elementi costruttivi di legno“

UNI EN 1995-1-2:2005: "Eurocodice 5: Progettazione delle strutture di legno

Part 1-2: Regole generali – Progettazione strutturale contro l’incendio

INTRODUZIONE

CNR –DT 207: 2007: Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Strutture di Legno


COMPORTAMENTO AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN LEGNO

Il legno è un materiale combustibile, brucia

Nonostante la combustibilità intrinseca del materiale le strutture di legno possono avere una buona

resistenza al fuoco

• Materiale organico (C per più del 50%)

• Temperatura di accensione 200250 °C

• Grande sviluppo di energia ( 3700 - 4400

kcal/kg) con valori maggior per le conifere

rispetto alle latifoglie per la presenza di

resine e lignina.

• Materiale igroscopico – grande interazione

con l’acqua


• Come brucia il materiale legno?

• Cos’è la resistenza al fuoco di una

struttura?

• Come si raggiungono le prestazioni

richieste?

1. Il meccanismo della

combustione

2. Definizioni e riferimenti

normativi

3. Approccio di calcolo

Le domande alle quali dobbiamo rispondere

Gli argomenti da approfondire



IL MECCANISMO DELLA COMBUSTIONE



In presenza di una fonte di calore la superfice esposta del legno si riscalda

provocando:

- Evaporazione dell’acqua interna

- Serie di reazioni chimiche interne che spezzano le molecole organiche più

semplici in grado di liberarsi dalla superficie del materiale

- Liberazione di idrogeno e di altri idrocarburi leggeri combustibili che si

accendono per autocombustione o per effetto fiamma




Il legno è un pessimo conduttore di calore

La propagazione del calore nel legno avviene per trasferimento di massa,

in pratica per diffusione di gas caldi

Gas caldi che si muovono verso l’interno

aumento temperatura

demolizione termica del materiale

carbonizzazione

Gas volatili prodotti della combustione si muovono verso l’esterno

raffreddamento del carbone






La norma tiene conto di questa zona in cui ho una riduzione delle proprietà meccaniche (c.f.r. d0, s0)




Evidenze sperimentali mostrano che non c’è una significativa dipendenza tra la velocità di carbonizzazione e il tempo di esposizione al

fuoco (incendio normalizzato).




Legno massiccio di conifera vel. carb. max

Legno lamellare di latifoglia vel. carb. min




Per legname in condizioni d’opera il contenuto d’acqua non è significativo


• Fino a 110 115 °C caratteristiche meccaniche invariate

• Innesco combustione 200 °C (flash-over)

• Velocità di carbonizzazione costante (valore normalizzato = 0.7 mm/min.)

• Lo strato carbonizzato protegge la parte di sezione resistente:

temperatura sotto strato carbonizzato temperatura ambiente

sotto strato carbonizzato il legno si può considerare integro

•L´assenza di dilatazioni termiche impedisce il collasso per deformazione




Il meccanismo di combustione caratterizza la valutazione della resistenza al fuoco delle strutture di legno

Acciaio evoluzione delle caratteristiche del materiale con la temperatura

Legno evoluzione delle prestazioni di un elemento con la temperatura





Lo strato carbonizzato protegge la parte di sezione resistente fungendo da strato intumescente similare all’effetto delle pitture intumescenti

1) 2)

Nei confronti del fuoco il legno si

«AUTO-PROTEGGE»

3)



qfd = carico d’incendio specifico di progetto

potenziale termico netto della totalità dei materiali combustibili contenuti in uno compartimento, riferito all’unità di superficie

CARICO DI INCENDIO (D.M. 09.03.2007)

la struttura in legno partecipa al carico d’incendio, ma ciò non significa che sia vincolante (incidenza degli altri materiali presenti)

qfd = dq1 dq2 dn qf (MJ/mq)

dq1 = fattore che tiene conto del rischio incendio in funzione della superficie

dq2 = fattore che tiene conto del rischio incendio in funzione dell’attività

dn = fattore che tiene conto delle diverse misure di protezione presenti

qf = valore nominale del carico di incendio

RICHIAMI NORMATIVI – nota di approfondimento


Fattori di correzione



… la struttura in legno dovrebbe partecipare al carico d’incendio, con l’80% della propria massa (SBAGLIATO !!!)

Valore nominale del carico di incendio



Nota la velocità di carbonizzazione …

… è possibile definire la sezione efficace

def

d0

dchar

Superficie iniziale dell'elemento

Limite della sezione trasversale residua

Limite della sezione trasversale efficace

E DUNQUE IL FATTORE DI PARTECIPAZIONE ALLA COMBUSTIONE E’ FUNZIONE DEL TEMPO DI ESPOSIZIONE



CIRCOLARE ESPLICATIVA (Circ. Prot. P414/4122 sott.55 del 28 marzo 2008)



QUADRO NORMATIVO – calcolo strutturale


DEFINIZIONI

La capacità portante in caso d’incendio è l’attitudine della struttura, di una parte della struttura o di un elemento a conservare una sufficiente resistenza meccanica sotto l’azione del fuoco con riferimento alle altre azioni agenti.

• Espressa convenzionalmente in minuti

• Classi di resistenza: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360

• Riguarda il comportamento del manufatto

• Riferita ad un incendio convenzionale (curva ISO 834)

RESISTENZA AL FUOCO

(D.M. 09/03/2007)


DEFINIZIONI


VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO


d,t,fid,fi RE

Ed,fi è l’effetto delle azioni eccezionali nella situazione di incendio (valori di progetto)

Rd,t,fi è la resistenza di progetto nella situazione di incendio (valori di progetto)

La verifica di resistenza può essere eseguita utilizzando:

- il metodo della “sezione trasversale ridotta”

- il metodo delle “proprietà ridotte”

Ovvero si hanno:

-Metodi avanzati di calcolo (modelli di carbonizzazione,

profili di temperatura, gradiente di umidità)

Metodo “suggerito” (imposto) dai DAN nazionali

Metodo di difficile applicabilità, e

quindi, allo stato attuale delle

conoscenze, di carattere teorico

Deve essere verificato per la durata richiesta di esposizione al fuoco t


VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO: valutazione dell’effetto delle azioni Ed,fi

2) Metodi semplificati che prevedono di eseguire il calcolo a temperatura normale e successivamente

passare ai valori relativi al caso delle azioni eccezionali:

dfid,fi EE

1) La Combinazione delle azioni eccezionali - resistenza al fuoco

n

1i

kii2d21d QAPGGF

l’effetto delle azioni può essere determinato per l’istante t = 0 utilizzando

Ed l’effetto delle azioni per la progettazione a

temperatura normale, con la combinazione

fondamentale di azioni

fid,E

fi è il fattore di riduzione per il carico di progetto

nella situazione di incendio



- gM,fi è il fattore parziale di sicurezza per il legno in caso di incendio gM,fi = 1

- kmod,fi è il fattore di correzione per il fuoco

- f20 = kfi fk è il frattile 20% di una proprietà di resistenza a temperatura normale

- fk è il frattile 5% di proprietà di resistenza a temperatura normale

- kfi è il coefficiente che consente di passare dai valori caratteristici con frattile 5% a quelli al frattile 20%

M

kmodd

XkX

g

Per la verifica della resistenza meccanica, i valori di progetto delle proprietà di resistenza devono

essere determinati da:

fi,M

kfifimod,

fi,M

20fimod,fi,d

fkk

fkf

g

g Non più dalla relazione

EC5-fuoco VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO: Resistenze di Calcolo

analogamente si procede per i parametri di rigidezza

Prospetto 2.1


Vedasi nota di approfondimento


INCENDIO INCENDIO

NTC2008 EC5

Coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale gM,fi



Nota di approfondimento – coefficiente Kmod

Le caratteristiche meccaniche del legno in dimensione d’uso sono

definite mediante prove sperimentali realizzate con modalità di

applicazione del carico e in condizioni ambientali standard.

Il legno in esercizio si trova ad operare in condizioni differenti

da quelle delle prove sperimentali in quanto:

Le condizioni ambientali

sono differenti da quelle di

prova in termini di umidità

La durata del carico è differente da quella impiegata

nell’esecuzione della prova

COMPORTAMENTO

IGROSCOPICO

COMPORTAMENTO

VISCOSO

Le normative tengono conto di tali comportamenti

attraverso due diversi coefficienti:

Kmod e Kdef



LA NORMATIVA TIENE CONTO DELL’EFFETTO COMBINATO

DELL’UMIDITA’ E DELLA DURATA DEL CARICO:

1. ASSEGNANDO LE STRUTTURE LIGNEE A CLASSI DI SERVIZIO

2. ASSEGANDO LE AZIONI A CLASSI DI DURATA DEL CARICO

NELLE VERIFICHE DI RESISTENZA VIENE UTILIZZATO IL COEFFICIENTE

CORRETTIVO DELLA RESISTENZA DEL MATERIALE Kmod

NELLE VERIFICHE DI DEFORMABILITA’ VIENE UTILIZZATO IL COEFFICIENTE

CORRETTIVO DEL MODULO ELASTICO DEL MATERIALE 1/(1+Kdef)

MATERIALE

CLASSE DI SERVIZIO

DURATA DEL CARICO

Kmod MATERIALE

CLASSE DI SERVIZIO Kdef

La definizione delle classi di servizio e della durata dei carichi e dei

coefficienti correttivi Kmod e Kdef è indicata dalla normativa



Possono appartenere alla classe di servizio 1 gli

elementi lignei protetti contro le intemperie come

quelli posti all’interno di edifici.


elementi lignei posti all’esterno degli edifici ma

protetti, almeno parzialmente, dalle intemperie e

dall’irraggiamento solare.


elementi lignei posti all’esterno direttamente

esposti alle intemperie.



Valori di K mod: tabella 4.4.IV NTC 2008

L’ influenza della

colla è rilevante per

i carichi permanenti

Non vi è differenza

tra legno massiccio

e legno lamellare


dove: fk è la resistenza caratteristica a “a freddo”

S05 è il modulo di elasticità caratteristico a “a freddo”

kfi fk = f0,2 è il frattile 20% kfi= 1.25 legno massiccio

kfi= 1.15 legno lamellare e pannelli

gM,fi = 1.0 per combinazione eccezionale

kmod,fi = 1.0 per metodo “sezione efficace”

= fattore di riduzione della portata in funzione del tempo

fiM,

05fifimod,fid,

g

SkkS

fi,

fifimod,fi,

M

kd

kfkf

g

fi,

fifi,

M

kd

kRR

g

Resistenza di progetto nella sezione efficace

Rigidezza di progetto nella sezione efficace

Resistenza di progetto dei collegamenti

EC5-fuoco VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO: Resistenze di Calcolo



profondità di carbonizzazione di progetto per

carbonizzazione unidimensionale td 00,char

0 è la velocità di progetto della carbonizzazione unidimensionale sotto

esposizione all’incendio normalizzato – si assume costante nel tempo

Carbonizzazione unidimensionale di sezioni trasversali larghe (esposizione al fuoco su un lato)

a) I valori si applicano a una massa volumica caratteristica di 450 kg/m3 e

a uno spessore del pannello di 20 mm;

vedere punto 3.4.2(9) per altri spessori e massa volumica.

Superfici non protette per tutto il tempo di esposizione al fuoco Profondità di Carbonizzazione

Prospetto 3.1



Carbonizzazione unidimensionale di sezioni trasversali larghe (esposizione al fuoco su un lato)




Carbonizzazione in presenza di spigoli

Si può usare la velocità di carbonizzazione unidimensionale di progetto

0 purché si consideri l’aumentata carbonizzazione vicino agli spigoli

1) Per sezioni trasversali aventi larghezza originale minima bmin

2) Se la larghezza più piccola della sezione trasversale è minore di bmin, si

raccomanda di applicare le velocità convenzionali di carbonizzazione

profondità di carbonizzazione di progetto per

carbonizzazione unidimensionale td 00,char

profondità convenzionale di carbonizzazione la cui entità

include l’effetto degli spigoli arrotondati e delle fessure, td nn,char

n è la velocità di carbonizzazione convenzionale di progetto, la cui entità include gli

effetti degli spigoli arrotondati e delle fessure – si assume costante nel tempo


dchar,0

il raggio dello spigolo

arrotondato pari a



td nn,char

2) Se la larghezza più piccola della sezione trasversale è minore di bmin


Prospetto 3.1



Superfici di travi e colonne inizialmente protette

dall’esposizione al fuoco

Profondità di Carbonizzazione

VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO – elementi protetti


Definizioni:

tch il tempo in cui avviene l’inizio della carbonizzazione dell’elemento;

tf il tempo in cui avviene la rottura del rivestimento di protezione al fuoco o dell’altro materiale

di protezione al fuoco;

ta quando la profondità di carbonizzazione raggiunge i 25 mm (Caso 1 ) oppure quando eguaglia

la profondità di carbonizzazione del medesimo elemento senza protezione al fuoco (Caso2)

Superfici di travi e colonne inizialmente protette dall’esposizione al fuoco

Ipotesi 1: Profondità di Carbonizzazione quando tch = tf


Ipotesi 2: Profondità di Carbonizzazione quando tch < tf




Profondità di Carbonizzazione quando tch = tf

tempo

25 mm

prof. carb

dchar,0 – dchar,n

Caso 1: la profondità

di carbonizzazione

all’istante ta è è pari

ad almeno 25 mm

tempo

prof. carb

dchar,0 – dchar,n

Caso 2: la profondità di

carbonizzazione

all’istante ta è minore di

25 mm

1 Relazione per elementi non protetti per tutto il periodo di esposizione al fuoco relativa alla velocità di carbonizzazione βn (o β0)

2 Relazione per elementi inizialmente protetti, dopo rottura della protezione al fuoco

2a Dopo che la protezione al fuoco è caduta, la carbonizzazione avanza a velocità maggiore

2b Dopo che la profondità di carbonizzazione eccede 25 mm la velocità di carbonizzazione rallenta fino alla velocità del prospetto 3.1

3 Relazione per elementi inizialmente protetti, con tempi di rottura della protezione al fuoco tf e tempo limite ta più piccolo di quello

fornito dall’espressione (3.8b)





Profondità di Carbonizzazione quando tch < tf

tempo

prof. carb

dchar,0 – dchar,n

tch il tempo in cui avviene l’inizio della

carbonizzazione dell’elemento;

tf il tempo in cui avviene la rottura del rivestimento

di protezione al fuoco o dell’altro materiale di

protezione al fuoco;

ta quando la profondità di carbonizzazione

raggiunge i 25 mm





Velocità di Carbonizzazione

Prospetto 3.2


Se tch < t < tf

corretto = K2

Se tf < t < ta

corretto = K3




Velocità di Carbonizzazione





Inizio della Carbonizzazione


Pannelli di legno sovrapposti non perdono di efficacia

La presenza di fughe non sigillate (>2mm) anticipa l’inizio della carbonizzazione

Tutti i tipi di cartongesso






Cartongesso ignifugo

A=cartongesso standard H=cartongesso idrorepellente






F


SCHEMATIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO E DEFINIZIONI

linea di carbonizzazione: il confine tra lo strato carbonizzato e la sezione trasversale residua;

sezione trasversale residua: la sezione trasversale originaria ridotta dello strato carbonizzato;

METODO DI VERIFICA


Metodo della sezione trasversale ridotta (o efficace) EC5-fuoco

La sezione trasversale efficace si calcola riducendo la sezione trasversale iniziale per la profondità di

carbonizzazione efficace def somma, oltre che dello strato carbonizzato, anche di un successivo strato in cui si

considerano nulli i valori di resistenza e di rigidezza

00n,charef dkdd

Si assume che il materiale vicino alla linea di carbonizzazione nello strato di spessore k0 d0

abbia resistenza e rigidezza nulle, mentre le proprietà di resistenza e rigidezza della

rimanente sezione trasversale si assumono invariate

- d0 = 7 mm (max. differenza tra sez. residua ed efficace)

- dchar,n è la profondità di carbonizzazione convenzionale di progetto, che

incorpora l’effetto degli spigoli arrotondati

- k0 è un coefficiente che determina lo spessore a resistenza e rigidezza

nulle variabile tra 0 e 1

Non si può mai utilizzare dchar,0

neppure nelle sezioni con larghezza originale minima bmin

METODO DI VERIFICA


Valutazione del coefficiente k0

Superfici non protette e superfici protette con tch ≤ 20 min

Superfici protette con tch > 20 min

Si assume che k0 vari linearmente da 0 a 1 durante

l’intervallo di tempo da t = 0 a t = tch

METODO DI VERIFICA


Valutazione della resistenza meccanica EC5-fuoco

g

g

k

k

fi,M

kfifimod,

fi,M

20fimod,fi,d

f15.1

f25.1fkk

fkf

Metodo della sezione trasversale ridotta i valori di progetto delle proprietà di resistenza risultano

particolarmente elevati

kfi = 1.25 legno massiccio

kfi = 1.15 legno lamellare e pannelli

kfi = 1.15 collegamenti legno-legno

kfi = 1.15 collegamenti legno-acciaio

legno massiccio

legno lamellare

gM,fi= 1 il fattore parziale di sicurezza per il legno in caso di incendio

Nel metodo della sezione trasversale ridotta (sezione efficace) kmod,fi = 1

METODO DI VERIFICA

VEDASI PARTE 2 PRESENTAZIONE

NON CONSIGLIATO


COMPORTAMENTO AL FUOCO DELLE CONNESSIONI

CONNESSIONI LEGNO ACCIAIO

CONNESSIONE CON LAME IN ACCIAIO ESTERNE

CONNESSIONE CON LAME IN ACCIAIO INTERNE



CONNESSIONI LEGNO ACCIAIO – EFFETTO DELL’INCENDIO



EFFETTO DI PROPAGAZIONE DEL CALORE DA PARTE DEGLI ELEMENTI METALLICI Analisi numeriche



La resistenza della struttura lignea non coincide, in generale, con quella delle singole membrature

componenti, essendo determinanti le prestazioni dei collegamenti e degli altri componenti (come ad

esempio i sistemi di stabilizzazione) che, nella pratica, sono abitualmente realizzati con elementi

metallici.

Valutazione della resistenza meccanica

Ai fini del calcolo della resistenza al fuoco della struttura lignea è necessario valutare la prestazione

dei collegamenti in particolare in presenza di elementi di acciaio perché proprio essi sono il punto

debole della connessione esposta al fuoco.

L’acciaio trasmette all’interno di una

sezione lignea l’incremento di

temperatura e perde rapidamente le sue

capacità meccaniche, quindi può

anticipare il collasso di un nodo in cui le

sezioni lignee residue sono ancora in

grado di sopportare i carichi.


Unioni a comportamento statico globalmente simmetrico Spaziature e distanze dai bordi conformi alla UNI EN 1995-1-1

UNIONI NON PROTETTE

UNI EN 1995-1-2:2005



Resistenza al fuoco dei collegamenti metallici NON protetti

generalmente non superiore a R30

t d,fi (minuti)

0

10

20

30

40

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

x =Q k,1/G k

Perni 1,1=0,5

1,1=0,7

1,1=0,9

Chiodi e viti 1,1=0,5

1,1=0,7

1,1=0,9

Resistenze all’incendio per unioni a taglio legno-legno non protette in funzione di x.

gM =1,3

kfi = 1,15

con

UNI EN 1995-1-2:2005



Per la valutazione della resistenza al fuoco delle unioni si possono utilizzare:

Regole semplificate

Metodo del carico ridotto

Unioni non protette

Unioni protette

Regole aggiuntive per unioni con piastre

interne di acciaio

Unioni non protette

Unioni protette

Unioni non protette

Unioni protette 6.3 Unioni con piastre esterne di acciaio

6.2 Unioni con elementi laterali di legno

6.4 Regole semplificate per viti caricate assialmente



Le unioni non protette, se conformi alla tabella sotto riportata, possono essere considerate come

soddisfacenti alla classe di resistenza R15/R20

Prospetto 6.1

oltre tale valore sono necessari requisiti aggiuntivi per garantire un tempo di

resistenza treq superiore a quello garantito td,fi

Unioni con elementi laterali di legno: REGOLE SEMPLIFICATE – UNIONI NON PROTETTE



Per unioni con spinotti, chiodi o viti con testa non protetta, durate di resistenza al fuoco maggiori di quelli

indicati nel prospetto 6.1, ma non maggiori di 30 min, possono essere raggiunte aumentando le seguenti

dimensioni di afi:

- lo spessore degli elementi laterali,

- la larghezza degli elementi laterali,

- la distanza delle estremità e dei bordi dai mezzi di unione.

Si raccomanda che il

fattore kflux sia

assunto pari a 1,5.



«copriferro»


Valido per:

Perni, chiodi o viti con teste non sporgenti

Resistenza al fuoco treq 30 min

Aumentare di afi:

- spessore e larghezza dell'elemento ligneo

- distanza dai bordi del mezzo di collegamento

afi = n kflux (treq - tfi,d)

con:

n = velocità teorica di carbonizzazione

kflux = coeff. di aumento del flusso termico

1,5

Metodo semplificato per aumentare la resistenza




L’attenta considerazione della resistenza al fuoco dei collegamenti è necessaria nella misura in cui sono

proprio le parti della struttura realizzate con elementi metallici a rappresentare il vero punto di debolezza di

una struttura lignea esposta al fuoco, in quanto sono:

- elementi di trasmissione del calore anche all’interno della massa lignea

- caratterizzati da repentino crollo delle resistenze ad alta temperatura - lo spessore degli elementi laterali,

Si possono utilizzare::

- adeguato “copriferro” ligneo per gli elementi metallici

- altri materiali di protezione

Unioni con elementi laterali di legno: REGOLE SEMPLIFICATE – UNIONI PROTETTE




15 o 20




Caso di unioni con

BULLONI



Caso di unioni con

CHIODI O VITI





Profondità di penetrazione

la 6d pannelli di legno o cartongesso A o H

la 10 mm pannelli di cartongesso F



Unioni con elementi laterali di legno: REGOLE SEMPLIFICATE REGOLE AGGIUNTIVE PER UNIONI CON PIASTRE INTERNE IN ACCIAIO



a) Bordi non protetti: dimensioni minime richieste

b) Bordi rientranti: s ≤ 3 mm;

dg 20 mm R30

dg 60 mm R60

c), d) Bordi protetti con listelli o pannelli

dg 10 mm R30

dg 30 mm R60

Unioni con elementi laterali di legno: REGOLE SEMPLIFICATE REGOLE AGGIUNTIVE PER UNIONI CON PIASTRE INTERNE IN ACCIAIO



Unioni con elementi laterali di legno: METODO DEL CARICO RIDOTTO – UNIONI NON PROTETTE

Fv,Rk è la capacità portante laterale caratteristica dell’unione con mezzi di unione a taglio a temperatura normale

è un fattore di conversione;

k è un parametro fornito nel prospetto 6.3;

td,fi è la resistenza al fuoco di progetto dell’unione non protetta, in minuti



Unioni con elementi laterali di legno: METODO DEL CARICO RIDOTTO – UNIONI NON PROTETTE



ESEMPIO DI CALCOLO - 1

A = 480 cm2 W = 1920 cm3 I = 23040 cm4

Analisi dei carichi

peso proprio gk = 2.4 kN/m

carico di servizio qk = 1.2 kN/m

Geometria

L = 3,6m


Verifica agli stati limite ultimi Combinazione

qI = 2.4 x 1.3 = 3.1 kN/m lunga durata kmod = 0.6

qII = 2.4 x 1.3 + 1.2 x 1.5 = 4.9 kN/m media durata kmod = 0.8

Sollecitazioni massime

lunga durata I

media durata II

lunga durata I

media durata II

Verifica Tensioni Resistenze Rapporto

Lunga durata <

Media durata <

Lunga durata <

Media durata <

8.85.1

226.0

,

mod, M

km

dm

fkf

g

7.115.1

228.0

,

mod, M

km

dm

fkf

g

96.05.1

4.26.0

,

mod, M

kv

dv

fkf

g

28.15.1

4.28.0

,

mod, M

kv

dv

fkf

g

MPaW

M Id 7.2

MPaW

M IId 2.4

MPaA

TId 18.05.1

MPaA

TId 28.05.1

kNmLq

M II 1.5

8

2

kNmLq

M IIII 8

8

2

kNLq

T II 6.5

2

kNLq

T IIII 8.8

2

31%

36%

19%

22%

A = 480 cm2

W = 1920 cm3



Verifica allo stato limite ultimo in condizione eccezionale d’incendio

Metodo della sezione efficace (si trascurano gli smussi)

mmxmmtdkdd nchareff 797908.0700

26.67 cmxhbA efefef

mmdbb efef 422

mmdhh efef 161

WcmWef %5.95.181 3

90’

R90



Verifica allo stato limite ultimo in condizione eccezionale d’incendio

Combinazione eccezionale

mkNqgq kkeff /30.10,1

MPaxfk

kffiM

mkfi

fifim 5.272225.1,

mod,, g

MPaxfk

kffiM

kvfi

fifiv 34.225.1,

,

mod,, g

MPaW

M

fi

fi

fim 27,

MPaA

Td 2.15.1

kNmM fi 9.4

kNT fi 4.5

Verifica Tensioni Resistenze Rapporto

98%

40%

5.0



Confronto tra le due verifiche

VERIFICA

A

FREDDO

VERIFICA

A

CALDO

Verifica agli SLU Lunga durata Media durata

Verifica agli SLU condizioni eccezionali (Fuoco R90)

Verifica a flessione 31% 36%

Verifica a taglio 19% 22%

Verifica a taglio 40%

Verifica a flessione 98%

La condizione dimensionante è quella eccezionale dovuta al fuoco



Analisi effetto rivestimento protettivo


Tipologia di protezione considerata: cartongesso sp. 10mm (singola lastra)

Calcolo profondità di carbonizzazione travi rivestite in legno EN 1995-1-2:2005 (3.4.3)

R richiesto= 90 min

= 0.8 mm/min

hp= 10 mm Spessore rivestimento protettivo

Tipo di rivestimento= Cartongesso

tch= hp/= 13 min Legno

tch= 2.8*hp-14= 14 min Cartongesso

tf=tch= 14 min Tempo di rottura del rivestimento

t inters= 28.0 min Tempo di intersezione delle due rette

ta= 28.0 min

dchar (ta)= 22.4 mm

dchar (R)= 72.0 mm Profondità di carbonizzazione senza protezione

dchar, p (R)= 72.0 mm Profondità di carbonizzazione con protezione

Delta= 0.0 mm

0

25

50

75

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120

d,c

har

(m

m)

t (min)

Protezioni troppo sottili non sono efficienti




Tipologia di protezione considerata : cartongesso sp. 15mm (singola lastra)

Protezioni di spessore medio danno un modesto contributo in termini di risparmio di sezione lignea necessaria


R richiesto= 90 min

= 0.8 mm/min







ta= 43.6 min

dchar (ta)= 25.0 mm



Delta= 9.9 mm

0

25

50

75

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120

d,c

har

(m

m)

t (min)

D sezione legno



R richiesto= 90 min

= 0.8 mm/min

hp= 18.75 mm Spessore rivestimento protettivo



tch= 2.8*hp-14= 38.5 min Cartongesso



ta= 54.1 min

dchar (ta)= 25.0 mm



Delta= 18.3 mm

0

25

50

75

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120

d,c

har

(m

m)

t (min)



Tipologia di protezione considerata : cartongesso sp. 25mm (lastra doppia tipo A)

Protezioni spesse consentono risparmio di sezione lignea necessaria

D sezione legno

II lastra + 50% I lastra



R richiesto= 90 min

= 0.8 mm/min

hp= 37.5 mm Spessore rivestimento protettivo






ta= 106.6 min

dchar (ta)= 25.0 mm



Delta= 72.0 mm

0

25

50

75

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120

d,c

har

(m

m)

t (min)



Tipologia di protezione considerata : cartongesso sp. 50mm (4 lastre tipo A)

Protezioni molto spesse riescono ad evitare la carbonizzazione della trave in legno

IIII lastra + 50% I,II e III lastra



R richiesto= 90 min

= 0.8 mm/min







ta= 110.8 min

dchar (ta)= 25.0 mm



Delta= 72.0 mm

0

25

50

75

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120

d,c

har

(m

m)

t (min)



Tipologia di protezione considerata : cartongesso sp. 45mm (3 lastre tipo F)

Protezioni molto spesse riescono ad evitare la carbonizzazione della trave in legno

III lastra + 80% I e II lastra




Tipologia di protezione considerata : pannello legno sp. 72mm

Per inibire la carbonizzazione dell’elemento devo applicare un pannello di spessore pari allo spessore di carbonizzazione non protetto


R richiesto= 90 min

= 0.8 mm/min


Tipo di rivestimento= Legno





ta= 105.6 min

dchar (ta)= 25.0 mm



Delta= 72.0 mm

0

25

50

75

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120

d,c

har

(m

m)

t (min)


Unione legno-legno a due piani di taglio

GL24h

Ft,0,k = 16,5MPa

rk = 380 kg

A = 38400mm2

Ng1 = 100 kN Nslu1 = 1.3Ng1= 130kN kmod = 0.6 Lunga durata

Nq = 80 kN Nslu2 = 1.3Ng1 + 1.5Nq= 250kN kmod = 0.8 Media durata

VERIFICA A FREDDO DELLA SEZIONE

SEZIONE

a3t a1 a3t

a2

a4t

SOLLECITAZIONI

MPaA

Nslu 38.31 MPa82.65.1645.1

16.0

std =

MPaA

Nslu 21.62 MPa1.95.1645.1

18.0

<

<

50%

71%

Sfruttamento



VERIFICA A CALDO DELLA SEZIONE – METODO DELLA SEZIONE EFFICACE

RESISTENZA AL FUOCO RICHIESTA: R60

deff = dchar + k0 d0 = n t + 7mm deff = 0.8 mm/min 60min +7mm = 55mm

Nel caso in esame si ha fuoco su 4 lati pertanto:

beff = b – 2 deff = 160 – 2 ∙ 55 = 50mm

heff = H – 2 deff = 240 – 2 ∙ 55 = 130mm

Aeff = beff ∙ beff = 50 ∙ 130 = 6500mm2 Aeff / A ≈ 1 / 6

Combinazione eccezionale: Nfire=Ngk + Nqk= 100 + 0.2 ∙ 80 =116 kN Nfire / Ngk ≈ 1 / 2

Resistenze: ft,0,fire = kfi ft,0,k /gm_fire = 1.15 ∙ 16.5 /1 = 18.97 Mpa ft,0,fire / ft,0,k ≈ 2

Verifica: t,0,fire = Nfire / Aeff = 124 ∙ 103 / 6500 = 17.85 Mpa t,0,fire / ft,0,fire ≈ 97%

LA VERIFICA A CALDO E’ SODDISFATTA CON UN MARGINE MOLTO INFERIORE

RISPETTO QUELLA A FREDDO

he

ff

beff

Aeff



Unione legno-legno a due piani di taglio

VERIFICA A FREDDO DELLA CONNESSIONE

NRd = n. file ∙ efficienza ∙ n. conn ∙ Rd conn = 2 ∙ 0.63 ∙ 9 ∙ 23.23 = 263.4 kN > NSd = 250 KN

R d,spinotto = 23.23 kN

Efficienza = nef / n = 5.7 / 9 = 63%

SPINOTTI

d = 20mm Classe 10.9

SI DISPONGONO 2 FILE DI 9 SPINOTTI CIASCUNA

PROGETTO

a1 = 100mm

a3t = 140mm

a2 = 60mm

a4t = 90mm

<

<

<

<

NORMATIVA

a1 ≥ 5d =100mm

a3t ≥ 7d =140mm

a2 ≥ 3d = 60mm

a4t ≥ 3d =60mm



VERIFICA A CALDO DELLA CONNESSIONE

Se la connessione non viene protetta la sua massima resistenza al fuoco è R20.

Per raggiungere la resistenza R60 devo proteggere la connessione mediante 2 possibili tecniche:

modo 1) protezione degli spinotti con tappi

modo 2) protezione dell’intera connessione con pannelli


Si deve calcolare il parametro afi: afi = bn kflux (treq – tdfi) = 0.7 ∙1.5 ∙ (60-20) = 42mm

n = 0.7mm/min; Kflux = 1.5; treq=60 min; tdfi=20 min

A) si devono prevedere tappi sugli spinotti di lunghezza ≥ afi

afi B) si devono aumentare le distanze dai bordi di una quantità ≥ afi





A) SE SI PREVEDONO TAPPI DI PROTEZIONE DEGLI SPINOTTI DI LUNGHEZZA PARI AD afi VIENE

RIDOTTA LA RESISTENZA DEL SINGOLO MEZZO DI UNIONE POICHE’ LO SPINOTTO PENETRA NEL

COPRIGIUNTO SOLAMENTE PER LA LUNGHEZZA t = tcoprig - afi = 80 - 42 = 38 mm

La resistenza a freddo della connessione con spinotti corti diventa:

Rd_spinotto = 17.55kN

Rd_connex = 199.02kN

NON SI DEVONO ACCORCIARE GLI SPINOTTI PER INSERIRE IL TAPPO DI PROTEZIONE MA

REALIZZARE UN COPRIGIUNTO PIU’ SPESSO DI afi (LUNGHEZZA SPINOTTI INALTERATA)

La verifica non è più soddisfatta!!! NSd=250kN > NRd = 199.02 KN

tcoprig tcoprig + afi

Non

verificato!

Verificato!




B) Le distanze dai bordi degli elementi di connessione devono essere aumentate di afi:

a1_fire = a1 =100mm a2_fire = a2 =60mm

a3t_fire =a3t + afi = 140 + 42 = 182 mm a4c_fire = a4 + afi = 60+42=102 mm

In direzione longitudinale basta allungare i coprigiunti mentre in direzione trasversale

non si riesce a rispettare le spaziature aumentate di afi. Per realizzare la connessione

con resistenza R60 l’altezza degli elementi collegati dovrebbe essere pari a:

h = 60 + 2∙102 = 264 mm anziché 240 mm

a4c_fire = 90 mm < 102 mm

afi = 42 mm

a2 = 60 mm

a3t_fire = 182 mm




modo 2) protezione dell’intera connessione con pannelli

La connessione viene protetta con pannelli di legno dello spessore di 20mm e densità rk=450kg/mc

Il tempo di inizio carbonizzazione tch della struttura protetta diventa: tch > treq -0.5 tdfi > 60 - 0.5∙20 = 50min

Lo spessore dei pannelli hp si determina tenendo conto che nel caso di protezione con pannelli di

legno la struttura inizia a carbonizzare quando la protezione è rotta e quindi si pone tch =tf con tf =

tempo di rottura della protezione

tf = tch = hp / 0 – 4 hp = (tch+4) 0 = 48.6mm (0 = 0.9 per pannelli di legno sp. 20mm e rk=450kg/mc)

Si dispongono 3 strati di

pannelli da 20 mm per uno

spessore di ricoprimento

totale pari a 60 mm

hp

I pannelli vengono

fissati alla parte

che non si

carbonizza con

chiodi o viti



TIPOLOGIE DI CONNESSIONI PRESENTI NEL MERCATO

NOTA DI APPROFONDIMENTO – SOLAI COLLABORANTI

Connettori Turrini-Piazza Connessione Tampone-Campa

Connettori Peter Cox Traliccio LPR40 e connettore FLAP

Connessione Pica Sistemi

Connettori HSB – Habitat System Beton

Connettori Tecnaria con piolo e ramponi Tecnologia Wood Beton Connettori EFG Power System


NOTA DI APPROFONDIMENTO – SOLAI COLLABORANTI

CRITERI DI SCELTA DEL TIPO DI CONNETTORE:

- Resistenza

- Rigidezza

- Dettagli costruttivi

- Facilità di posa

- Metodi di calcolo

- Costo

- Resistenza al fuoco

LA RESISTENZA AL FUOCO risulta essere un aspetto determinante per

la scelta del connettore: - i connettori resinati non sono performanti in caso di incendio, va garantito un

adeguato ricoprimento del connettore per impedire lo scioglimento della resina

- i connettori che utilizzano viti o tirafondi posti in asse alla trave non presentano

problemi di resistenza al fuoco


COMPORTAMENTO AL FUOCO DELLE STRUTTURE XLAM

Analogamente a quanto visto per i modelli di verifica a freddo, il materiale XLam necessità di un approccio di verifica speciale anche per la resistenza al fuoco. Evidenze sperimentali (Frangi et al. 2010) hanno dimostrato che il principale aspetto che lo differenzia dagli elementi in legno standard (massiccio e lamellare) consiste nello spessore dello strato privo di resistenza all’interfaccia tra lo strato carbonizzato e quello integro.

NECESSARIO DEFINIRE LA PORZIONE EFFETTIVAMENTE COMPROMESSA DALL’ESPOSIZIONE AL FUOCO



Approccio normativo attuale: L’XLam è considerato come gli altri elementi in legno senza considerare la stratificazione orientata Studi e ricerche che verranno introdotti nelle nuove norme: approccio modificato per il calcolo dello zero strength layer

zero strength layer d0_ XLam >> 7mm

00n,charef dkdd

- d0 = 7 mm (max. differenza tra sez. residua ed efficace)

- dchar,n è la profondità di carbonizzazione convenzionale di progetto, che

incorpora l’effetto degli spigoli arrotondati

- k0 è un coefficiente che determina lo spessore a resistenza e rigidezza

nulle variabile tra 0 e 1

APPROCCIO NORMATIVO STANDARD



Il metodo di calcolo proposto da Frangi et al. 2010 si basa sul modello della sezione

ridotta considerando uno strato di compensazione s0 tra la parte carbonizzata e

quella integra (s0 corrisponde a d0 usato nelle formulazioni standard).

d0 S0 strato di transizione privo di resistenza

CONDIZIONE A FREDDO CONDIZIONE A CALDO

Non si possono considerare porzioni residue di ogni strato inferiori a 3mm.

Fire safety in timber buildings SP Report 2010:19



Definizione di S0 strato di compensazione

Fattori da cui dipende s0:

- n. di strati del pannello - spessore del pannello - stato tensionale del lato esposto al fuoco - gradiente di temperatura attraverso lo strato carbonizzato

I valori di s0 sono forniti in apposite tabelle per elementi esposti da un solo lato. Per le pareti non si considerano i casi di esposizione sulla parte tesa in quanto il pannello tende ad inflettersi in direzione opposta rispetto a quella di esposizione al fuoco.





PAN

NEL

LI A

3 S

TRA

TI





PAN

NEL

LI A

5 S

TRA

TI





PAN

NEL

LI A

7 S

TRA

TI



ESEMPIO 1: calcolo della sezione residua pannello XLam

DATI: - Pannello uso solaio XLam 7 strati sp. 133mm - Spessore lamelle = 19mm - Un solo lato esposto al fuoco - Lamelle con spaziatura < 2mm - Adesivo tra le lamelle resistente al fuco - Tempo di esposizione al fuoco = 60min

13

3 m

m

1 2 3 4 5 6

7

13

3 m

m

1 2 3 4 5 6

7

69

.3

Il pannello resistente residuo è composto da soli tre strati

APPROCCIO DI CALCOLO 1 – NESSUNA ASPORTAZIONE DELLO STRATO ESPESTO

In questo caso l’intero strato carbonizzato viene considerato come parte di un elemento monolitico

Calcolo della profondità di carbonizzazione

Calcolo dell’altezza residua




13

3 m

m

1 2 3 4 5 6

7

13

3 m

m

1 2 3 4 5 6

7

69

.3

APPROCCIO DI CALCOLO 1 – NESSUNA ASPORTAZIONE DELLO STRATO ESPOSTO

In questo caso l’intero strato carbonizzato viene considerato come parte di un elemento monolitico

Calcolo della profondità di carbonizzazione


s0=d0=7mm in accordo con indicazioni EC5 per elementi standard

hef = 133-39-7=87mm parte dello strato 5 risultava efficiente!!!!!




APPROCCIO DI CALCOLO 2 – ASPORTAZIONE DELLO STRATO ESPESTO

13

3 m

m

1 2 3 4 5 6

7

13

3 m

m

1 2 3 4 5 6

7

69

.3

In questo caso la prima lamella esposta viene considerata come un rivestimento rivestimento protettivo

Tempo di rottura dello strato esposto tch =tf

Calcolo della profondità di carbonizzazione con protezione

NOTA: lo spessore residuo risulta inferiore a quello valutato con l’altro approccio ma il pannello residuo efficace è sempre composto di soli tre strati



ESEMPIO 2: VERIFICA DI UN SOLAIO

Il calcolo analitico del solaio è stato già trattato: si riporta un calcolo eseguito con il software CLTdesigner v.3.4 holz.bau forschungs gmbh 2009-2013

ANALISI DEI CARICHI:

g1+g2 (perm) = 4.5 kN/mq

q (calpestio) = 2.0 kN/mq

FLESSIONE E TAGLIO FUORI PIANO


Il calcolo del solaio è stato già trattato: si riporta un calcolo eseguito con il software CLTdesigner v.3.4 holz.bau forschungs gmbh 2009-2013

VE

RIF

ICA

SLU

(a

fre

dd

o)

VERIFICA A FLESSIONE

VERIFICA A TAGLIO




Il calcolo del solaio è stato già trattato: si riporta un calcolo eseguito con il software CLTdesigner v.3.4 holz.bau forschungs gmbh 2009-2013

SLU

PE

R I

L C

AS

O D

I IN

CE

ND

IO


VERIFICA A TAGLIO

R30



40.5mm

26.5mm (s0=d0=7mm) AVREI POTUTO CONSIDERARE PARTE DELLO STRATO ESPOSTO


SCHEMA STATICO 1

SCHEMA STATICO 2

SCHEMA STATICO 1

SCHEMA STATICO 2

SCHEMA STATICO 1

Stora Enso Building and Living – Building Solutions – 2012

FLESSIONE E TAGLIO NEL PIANO

ESEMPIO 2: VERIFICA DI UN ARCHITRAVE


SCHEMA STATICO 1

VERIFICA DELL’ARCHITRAVE MAGGIORMENTE SOLLECITATO

Luce L = 1,50 m

Altezza h = 0,60 m

Spessore s = 100,0 mm = 20/20/20/20/20

Carico gk = 20 kN/m qk = 8,75 kN/m

qSLU = 40,0 kN/m

C.C. SLU1 Fd_SLU1 = 1,3g1 = 26,00kN/m Kmod = 0,6 C.C. SLU2 Fd_SLU2 = 1,3g1 + 1,5q = 39,12kN/m Kmod = 0,8

Fd/Kmod = SLU1 43,33kN/m SLU2 48,90kN/m c.c. SLU 2 più gravosa




Mmax = Fd L2/8 = 11,25kNm VERIFICA A FLESSIONE

𝜎𝑚𝑎𝑥

Solo le tavole parallele alla direzione della sollecitazione contribuiscono alla resistenza a flessione

𝜎𝑚𝑎𝑥 =𝑀

3𝑊𝑖= 3.125 𝑀𝑃𝑎 < 𝑓𝑚,𝑑_𝑥𝑙𝑎𝑚 = 13,24𝑀𝑃𝑎

𝑐𝑜𝑛 Wi = 20∙6002

6mm3

𝜎𝑚𝑎𝑥

VERIFICA SECONDO SCHEMA STATICO 1

L = 1,50m

q_SLU Mmax = Fd L2/8 = 11,25kNm

Vmax = Fd L/2 = 30,00kN




VERIFICA A TAGLIO* Vmax = Fd L/2 = 30.00kN nxy = 50.00 kN/m

Resistenza a taglio nel piano:

Resistenza a torsione nel piano:

76.245.1

8.00.5mod

,, m

kvdv

kff

g

38.145.1

8.05.2mod

,, m

kTdT

kff

g

DEFINIZIONE DEI PARAMETRI: Si assume come larghezza delle tavole a = 150mm Gli spessori degli RVSE sono tutti pari a t*

i = 20mm

*NOTA: in questa fase si trascura la riduzione del taglio in appoggio che sarebbe consentita dalle Norme Tecniche per la Costruzioni




VERIFICA A TAGLIO - METODO RVSE Vmax = Fd L/2 = 30.00kN nxy = 50.00 kN/m

VERIFICA DEL MECCANISMO I: shear

625.0420

00.50,*

,0

i

i

dxy

dt

n

VERIFICA DEL MECCANISMO II: torsion

250.0150

20625.033

**0,

a

tidT

25.12 ,0, ddv

0.145.076.2

25.1

,

,

dv

dv

f

0.118.038.1

25.0

,

,

dT

dT

f

Nel caso di travi la tensione v,d così determinata andrebbe moltiplicata per 3/2 ottenendo un valore di 1.875MPa

VERIFICATO

VERIFICATO




VERIFICA AL FUOCO EC5 Parte 1.2

Si suppone ora che la sezione sia esposta al fuoco e si riduca di una quantità pari a: β0 ∙ 𝑡 = 0.65𝑚𝑚

𝑚𝑖𝑛 ∙ 60min = 39 𝑚𝑚

k0 = 1 d0 = 7mm approccio EC5

s0 = 17.2 mm approccio Frangi et al.

39 +7 = 46mm def = D=10.2mm 39 +17.2 = 56.2mm

Sezione trasversale efficace

Valori di progetto della resistenza

gM,fi = 1.0

60

0

54

20



i.e. s0

43.8

Lo strato residuo di lamella sul lato esposto al fuoco risulta di 14mm con approccio EC5 mentre solo 3.8mm con approccio Frangi et al.


Luce L = 1,50 m Altezza h = 0,569 m Spessore s = 38,0 mm = 0/9/20/9/0

Carico gk = 20 kN/m qk = 8,75 kN/m Fsd = Gk + Pk+ i (2iQki) = 22,6 kN/m

Mmax = Fd L2/8 = 6,36kNm

Vmax = Fd L/2 = 17,00kN

𝜎𝑚𝑎𝑥 =𝑀

𝑊𝑖

= 4.48 𝑀𝑃𝑎 < 𝑓𝑚,𝑑_𝑥𝑙𝑎𝑚 = 1,15 ∙ 24,0 = 27,6𝑀𝑃𝑎

NOTA: lo spessore delle tavole verticali deve essere sufficiente a garantire la continuità in altezza delle tavole orizzontali resistenti. 3.8mm > 3mm quindi accettabile in quanto la verifica è comunque di tipo convenzionale


60

0

43.8

3.8

VERIFICATO



W = 20 ∙ 6002/6 + 3.8 ∙ 6002/6 = 1.42 E6 mm3



Resistenza a taglio nel piano:

Resistenza a torsione nel piano:

75.515.10.5,

mod,

20,,, fim

fi

kvdv

kff

g

875.215.15.2,

mod,

20,,, fim

fi

kTdT

kff

g

DEFINIZIONE DEI PARAMETRI: Si assume come larghezza delle tavole a = 150mm Gli spessori degli RVSE sono pari a t*

1a = 2 ∙20 = 40mm t*

1b, 2 = 20mm t*

2 = 2 ∙ 3.8 = 7.6mm




60

0

43.8

3.8

VERIFICA A TAGLIO


VERIFICA A TAGLIO - METODO RVSE Vmax = Fd L/2 = 17.00kN nxy = 28.30 kN/m

VERIFICA DEL MECCANISMO I: shear

MPat

n

i

i

dxy

d 86.126.7

30.28,*

,0

VERIFICA DEL MECCANISMO II: torsion

MPaa

tidT 528.0

150

2.1486.133

**

0,

MPaddv 72.32 ,0,

0.135.176.2

25.1

,

, dv

dv

f

0.138.038.1

528.0

,

, dT

dT

f

VERIFICATO

NON VERIFICATO




VERIFICA DELLA PARETE SOGGETTA A COMPRESSIONE NEL PIANO E FLESSIONE FUORI DAL PIANO

Base b = 2,00 m Altezza h = 3,00 m Spessore s = 100,0 mm Carico gk = 50,00 kN qk = 11,25 kN qneve = 5,60 kN qvento = 1,20 kN/m

L =

3,0

0m

Qve

nto

gk+qk+qneve

N [kN] M [kNm]

SLU 1 86.34 1.22

SLU 2 81.28 2.03

Caratteristiche inerziali di una sezione larga 1.0m Per sollecitazioni fuori dal piano

ESEMPIO 3: VERIFICA DI UNA PARETE COMPRESSIONE


VERIFICA DELLA PARETE SOGGETTA A COMPRESSIONE NEL PIANO E FLESSIONE FUORI DAL PIANO

Base b = 2,00 m Altezza h = 3,00 m Spessore s = 100,0 mm Carico gk = 50,00 kN qk = 11,25 kN qneve = 5,60 kN qvento = 1,20 kN/m

L =

3,0

0m

Qve

nto

gk+qk+qneve

N [kN] M [kNm]

SLU 1 86.34 1.22

SLU 2 81.28 2.03

Caratteristiche inerziali di una sezione larga 1.0m Per sollecitazioni fuori dal piano

Verifica ad instabilità

E0,05=9400.0 MPa EJ=6.20 1011

G0,05=460.0 MPa Sv=7.07 106

Verifica a flessione

E0, mean=11600.0 MPa EJ=7.66 1011



VERIFICA A INSTABILITA’ SECONDO NTC E A PRESSOFLESSIONE

Per legno lamellare

Con: lk = l = 3.00m: Lunghezza libera di inflessione

Si ottiene: kc=0.44

VERIFICA:

CARICO CRITICO EULERIANO SNELLEZZA RELATIVA DI COLONNA

COEFFICIENTE RIDUTTIVO

0.1,

,

,,

,0,

dm

dm

odcccrit

dC

ffK

In questo caso la dimensione minima del pilastro per resistere all’instabilità per compressione è 250x100mm. È necessario eseguire una verifica al fuoco

N M (N) (M) verifica

kN/m kNm/m Mpa Mpa 1SLU 1 43.17 0.61 0.72 0.46 0.16

SLU 2 40.64 1.01 0.68 0.77 0.18

VERIFICATO



VERIFICA A INSTABILITA’ SECONDO NTC E PRESSOFLESSIONE

Verifica con il software CLTdesigner v.3.4 holz.bau forschungs gmbh 2009-2013

VERIFICA AL FUOCO DA UN SOLO LATO

NOTE: - per la verifica al fuoco è necessario ricalcolare kc; - la parete di spina non garantisce la resistenza a instabilità in caso di esposizione al fuoco da 2 lati: deve essere adeguatamente protetta al fuoco opp. deve essere aumentato lo spessore

R30

s0=17.2mm



SISTEMAI PREFABBRICATI PER SOLAI E PARETI

COMPORTAMENTO AL FUOCO DI STRUTTURE ASSEMBLATE

GENERALMENTE QUESTI SISTEMI SONO CERTIFICATI PER R. E. I. MEDIANTE PROVE DI LABORATORIO

La tenuta e l’isolamento di deve certificata con prove di laboratorio ma la resistenza al fuoco può essere calcolata con appositi metodi normati


SISTEMAI PREFABBRICATI PER SOLAI E PARETI


PANNELLO UNIVERSALE RUBNER



Ci sono delle limitazioni in

termini di tempo di

esposizione al fuoco



0 n



Vedasi approccio rivestimenti protettivi



NOTA: i pannelli di controventamento in legno (e.g. OSB) non sono necessari per la statica del fabbricato in caso di incendio ma solo in caso di sisma li posso pensare come elementi protettivi



Deve poi essere valutato con formule specifiche (cfr eq. C9) il tempo di rottura tf di pannelli in riferimento alla rottura per

estrazione dei mezzi di unione



Valutazione speciale del Kmod per tener conto dell’effetto del fuoco su elementi con sezioni piccole.



R60 dchar, n = 13mm (tenendo conto di eventuali rivestimenti) Kmod,fm,fi = 0.41

Condizione molto

penalizzante Valori << 1



In caso di esposizione al fuoco su entrambi i lati la riduzione è ancora più significativa



Trattandosi di problemi di stabilità il modulo elastico risulta significativo nelle verifiche si applica una correzione con approccio analogo alla resistenza



Studi e ricerche stanno valutando l’estensione di questo approccio anche alle pareti XLam



Nelle altre appendici l’EC5-1:2 tratta il dimensionamento di: - strutture assemblate con cavità non riempite - giunti di sovrapposizione dei pannelli di rivestimento

Gli approcci di verifica sono sempre gli stessi con formulazioni specificate per tener conto delle specifiche condizioni al contorno

PROGETTAZIONE AL FUOCO DELLE STRUTTURE IN LEGNO · 2018. 5. 15. · Master universitario di II°...

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